Більшість зір у Чумацькому Шляху народжуються не поодинці, а в парах чи більш складних системах. Подвійні та кратні зорі — це не рідкість, а скоріше правило, особливо серед масивних зір. Саме такі системи згодом дають початок екзотичним астрофізичним явищам: рентгенівським подвійним, гамма-спалахам, наднових типу Ia та злиттям зір, які є основними джерелами гравітаційних хвиль. Попри це, механізм народження кратних систем досі залишався предметом дискусій.

Команда астрономів під керівництвом Шангуо Лі (Shanghuo Li) за допомогою радіотелескопа ALMA виявила протозоряну систему з семи компонентів, які формуються всередині одного оберталистого (кеплерівського) газопилового диска. Відкриття зроблено в області NGC 6334IN — щільному осередку зореутворення, де народжуються масивні зорі.

Сім зародків зір в одному диску

Спостереження проводились у діапазоні Band 6 інструмента ALMA в рамках програми 2021.1.00713.S. Дослідники виявили, що в межах єдиного протопланетного (точніше, протозоряного) диска в NGC 6334IN сформувалося сім окремих ущільнень — зародків майбутніх зір.

Відстані між сусідніми компонентами системи становлять від 181 до 461 астрономічних одиниць. Для порівняння: одна астрономічна одиниця — це відстань від Землі до Сонця, тож навіть найтісніша пара зародків у цій системі розділена простором, що у сотні разів перевищує земну орбіту.

Диск, що оточує всі сім протозір, обертається впорядковано — за кеплерівським законом, як і диски навколо поодиноких молодих зір чи планетні системи. Це підтверджує, що весь ансамбль формується як єдине ціле, а не є випадковим накладанням кількох незалежних об'єктів уздовж лінії спостереження.

Диск, що не витримує власної гравітації

Щоб зрозуміти, як міг виникнути настільки багатокомпонентний ансамбль, дослідники провели аналіз стабільності диска. Результат виявився однозначним: диск навколо семи протозір є динамічно нестабільним.

Нестабільність такого типу означає, що власна гравітація газопилового матеріалу диска перевищує сили, які утримують його в рівновазі. У таких умовах диск не може залишатися однорідним — він розпадається на окремі згустки, кожен з яких під дією власного тяжіння стискається і з часом перетворюється на окрему протозорю. Цей процес називають фрагментацією диска.

Тобто замість того, щоб одна масивна зоря формувалася з усього диска, гравітаційна нестабільність призвела до одночасного народження семи окремих зародків у межах одного і того ж обертального резервуару речовини.

Від теорії до спостережного підтвердження

Фрагментація диска як механізм утворення кратних зоряних систем обговорювалася теоретично вже давно, проте досі спостережні підтвердження стосувалися переважно скромніших випадків. Попередні дослідження — як у регіонах формування зір малої, так і високої маси — зазвичай фіксували утворення лише двох або трьох компонентів шляхом фрагментації диска.

Виявлення семикомпонентної системи суттєво розширює межі того, що вважалося можливим. За словами авторів дослідження, результати надають переконливі спостережні докази того, що фрагментація гравітаційно нестабільного диска є життєздатним механізмом формування екстремально високої кратності зоряних систем — того, що раніше залишалося лише теоретичною концепцією.

Це відкриття проливає світло на те, як у щільних скупченнях можуть виникати найскладніші зоряні архітектури, і дає нове розуміння того, наскільки різноманітними бувають шляхи народження зір у масивних областях зореутворення.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Astronomy.